DE102017103718A1 - Phase adjuster for a camshaft of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Phasensteller 36 für eine Nockenwelle 28 einer Brennkraftmaschine vorgesehen, der zumindest ein Antriebsrad und ein Anschlussstück zur drehungsübertragenden und insbesondere drehfesten Verbindung mit der Nockenwelle 28 aufweist. Der Phasensteller 36 ist durch einen ersten Steller 40 und einen zweiten Steller 42 gekennzeichnet, wobei die Steller 40, 42 derart miteinander gekoppelt sind, dass die durch die einzelnen Steller 40, 42 einstellbaren Verstellwinkel (bezogen auf dieselbe Verstellrichtung) additiv auf das Anschlussstück übertragen werden. Dadurch kann in konstruktiv vorteilhafter Weise ein Phasensteller 36 mit einem vergleichsweise großen Verstellbereich für die Nockenwelle 28 realisiert werden.There is provided a phase adjuster 36 for a camshaft 28 of an internal combustion engine, which has at least one drive wheel and a connection piece for the rotation-transmitting and in particular rotationally fixed connection with the camshaft 28. The phase adjuster 36 is characterized by a first actuator 40 and a second actuator 42, wherein the actuators 40, 42 are coupled to each other such that the adjustable by the individual actuators 40, 42 adjustment (relative to the same adjustment) are transmitted additively to the connector , As a result, a phase adjuster 36 having a comparatively large adjustment range for the camshaft 28 can be realized in a structurally advantageous manner.
Description
Die Erfindung betrifft einen Phasensteller für eine Nockenwellen einer Brennkraftmaschine sowie eine Kombination eines solchen Phasenstellers mit einer Nockenwelle. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem eine solche Kombination umfassenden Ventiltrieb sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine.The invention relates to a phaser for a camshaft of an internal combustion engine and a combination of such phaser with a camshaft. The invention further relates to an internal combustion engine with a valve drive comprising such a combination as well as a motor vehicle having such an internal combustion engine.
Der Ventiltrieb für eine (Hubkolben-)Brennkraftmaschine umfasst jeweils mindestens ein, regelmäßig zwei Einlass- und Auslassventile für jeden Brennraum der Brennkraftmaschine. Diese auch als Gaswechselventile bezeichneten Einlass- und Auslassventile werden bei fast allen Brennkraftmaschinen mittels Nockenwellen betätigt, wobei bei Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei Gaswechselventilen pro Brennraum regelmäßig zwei Nockenwellen zum Einsatz kommen. Vielfach ist die Anordnung dieser Nockenwellen derart, dass eine davon sämtliche Einlassventile und die andere sämtliche Auslassventile steuert.The valve drive for a (reciprocating) internal combustion engine comprises at least one, regularly two intake and exhaust valves for each combustion chamber of the internal combustion engine. These intake and exhaust valves, also referred to as gas exchange valves, are actuated by camshafts in almost all internal combustion engines, with two camshafts being used regularly in internal combustion engines having more than two gas exchange valves per combustion chamber. In many cases, the arrangement of these camshafts is such that one of them controls all intake valves and the other all exhaust valves.
Es ist bekannt, zur Verbesserung des Betriebsverhaltens einer Brennkraftmaschine die Ventilsteuerzeiten der Gaswechselventile zumindest teilweise bedarfsweise dadurch zu verändern, dass die Phasenwinkel der diese betätigenden Nockenwellen verstellt werden. Hierzu wird die jeweilige Nockenwelle mittels eines Phasenstellers gegenüber einem Antriebsrad, über das diese rotierend angetrieben wird, um einen definierten Verstellwinkel verdreht, wodurch die Ventilsteuerzeiten der damit angesteuerten Gaswechselventile in Richtung „früh“ oder „spät“ verstellt werden.It is known, to improve the operating behavior of an internal combustion engine, the valve timing of the gas exchange valves at least partially, if necessary, to change that the phase angle of the actuating camshafts are adjusted. For this purpose, the respective camshaft by means of a phaser relative to a drive wheel, via which it is driven in rotation, rotated by a defined displacement, whereby the valve timing of the thus controlled gas exchange valves in the direction of "early" or "late" are adjusted.
Bekannt sind weiterhin Brennkraftmaschinen, bei denen die Nockenwellen jeweils sowohl Einlass- als auch Auslassventile steuern. Diese werden häufig als „gemischte Nockenwellen“ bezeichnet. Prinzipiell führt eine Phasenverstellung einer solchen (einfachen) gemischten Nockenwellen zu einer Änderung der Ventilsteuerzeiten von sowohl den durch diese betätigten Einlass- als auch Auslassventilen und zwar in derselben Richtung und mit demselben Verstellwinkel. Dies ist in vielen Fällen jedoch nicht vorteilhaft. Vielmehr sollten die Ventilsteuerzeiten der Einlass- und Auslassventile unabhängig steuerbar sein. Dies kann für gemischte Nockenwellen dadurch erreicht werden, dass diese in Form von konzentrischen doppelten Nockenwellen ausgebildet sind. Diese bestehen aus einer Außenwelle und einer innerhalb der Außenwelle gelagerten Innenwelle, wobei sowohl die Innen- als auch die Außenwelle mit Nocken für die Steuerung der Einlass- und Auslassventile versehen sind. Die Nocken der Innenwelle ragen dabei durch Öffnungen in der Außenwelle. Mittels eines Phasenstellers, der die Innen- und die Außenwelle gegeneinander verdrehen kann, besteht dann die Möglichkeit, die Steuerzeiten der Einlass- und/oder Auslassventile unabhängig voneinander zu verstellen.Also known are internal combustion engines in which the camshafts each control both intake and exhaust valves. These are often referred to as "mixed camshafts". In principle, phasing of such a (simple) mixed camshaft results in a change in the valve timing of both the intake and exhaust valves actuated thereby in the same direction and with the same displacement angle. However, this is not advantageous in many cases. Rather, the valve timing of the intake and exhaust valves should be independently controllable. This can be achieved for mixed camshafts by forming them in the form of concentric double camshafts. These consist of an outer shaft and an inner shaft mounted inside the outer shaft, wherein both the inner and the outer shaft are provided with cams for the control of the intake and exhaust valves. The cams of the inner shaft protrude through openings in the outer shaft. By means of a phaser, which can rotate the inner and the outer shaft against each other, then there is the possibility to adjust the timing of the intake and / or exhaust valves independently.
Ein solcher Phasensteller ist aus der
Bei dem Phasensteller gemäß der
Die
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Phasensteller anzugeben, der auf möglichst einfache Weise die Realisierung eines relativ großen Verstellwinkels (Phasenwinkels) für die Nockenwelle ermöglicht.The invention had the object of specifying a phaser, which allows the simplest possible way the realization of a relatively large displacement angle (phase angle) for the camshaft.
Diese Aufgabe wird durch einen Phasensteller gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine Kombination eines solchen Phasenstellers und einer Nockenwelle, eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Kombination und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der Patentansprüche 8 bis 10. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Phasenstellers und damit der erfindungsgemäßen Kombination, der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved by a phaser according to the patent claim 1. A combination of such a phaser and a Camshaft, an internal combustion engine with such a combination and a motor vehicle with such an internal combustion engine are subject matter of claims 8 to 10. Advantageous embodiments of the phaser according to the invention and thus the combination of the invention, the internal combustion engine according to the invention and the motor vehicle according to the invention are objects of the further claims and / or result from the following description of the invention.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mindestens zwei (Einzel-)Steller gemeinsam zur Verstellung einer einzelnen Nockenwelle zu nutzen und diese dazu hinsichtlich des jeweils erreichbaren Verstellwinkels additiv miteinander zu koppeln, wodurch insgesamt ein zumindest nahezu verdoppelter Verstellwinkel für die Nockenwelle realisiert werden kann.The invention is based on the idea to use at least two (single) actuator together for adjusting a single camshaft and to additively couple to each other with respect to the respective achievable adjustment angle, whereby a total of at least almost doubled adjustment angle for the camshaft can be realized.
Dementsprechend ist ein Phasensteller für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine vorgesehen, der zumindest ein Antriebsrad und ein Anschlussstück zur drehungsübertragenden und insbesondere drehfesten Verbindung mit der Nockenwelle aufweist. Der Phasensteller ist durch einen ersten Steller und einen zweiten Steller gekennzeichnet, wobei die Steller derart miteinander gekoppelt sind, dass die durch die einzelnen Steller einstellbaren Verstellwinkel (bezogen auf dieselbe Verstellrichtung) additiv auf das Anschlussstück übertragen werden.Accordingly, a phaser for a camshaft of an internal combustion engine is provided which has at least one drive wheel and a connection piece for the rotation-transmitting and in particular rotationally fixed connection with the camshaft. The phase adjuster is characterized by a first actuator and a second actuator, wherein the actuators are coupled to each other in such a way that the adjustable by the individual actuator adjustment angle (relative to the same adjustment) are transmitted additively to the connector.
Konstruktiv vorteilhaft lässt sich ein solcher Phasensteller realisieren, wenn eine Verstellung des ersten Stellers gemäß einer Verstellrichtung zu einem Verdrehen des Anschlussstücks sowie des zweiten Stellers (insbesondere im gleichen Maße) relativ zu dem Antriebsrad in einer Drehrichtung und eine Verstellung des zweiten Stellers in der(selben) Verstellrichtung zu einem Verdrehen des Anschlussstücks in der(selben) Drehrichtung führt (ohne dass dabei der erste Steller entgegen der Drehrichtung verdreht würde).Such a phase adjuster can be realized structurally advantageously if an adjustment of the first actuator according to an adjustment direction results in a twisting of the connection piece and of the second actuator (in particular to the same extent) relative to the drive wheel in one direction of rotation and an adjustment of the second actuator in the same position ) Adjustment direction leads to a twisting of the connection piece in the (same) direction of rotation (without the first actuator being twisted counter to the direction of rotation).
Hierfür kann vorzugsweise ein drehfest mit dem Antriebsrad verbundener Stator, ein drehfest mit dem Anschlussstück (gegebenenfalls integral) verbundener Rotor des zweiten Stellers und ein Kupplungsstück vorgesehen sein, wobei der Stator, der Rotor und das Kupplungsstück derart miteinander gekoppelt sind, dass infolge der Verstellung des ersten Stellers der Stator nicht und das Kupplungsstück relativ zu dem Antriebsrad gedreht wird und infolge der Verstellung des zweiten Stellers das Kupplungsstück nicht und der Rotor relativ zu dem Antriebsrad gedreht wird.For this purpose, preferably a rotatably connected to the drive wheel stator, a rotatably connected to the connector (possibly integrally) connected rotor of the second actuator and a coupling piece may be provided, wherein the stator, the rotor and the coupling piece are coupled together such that due to the adjustment of the the first actuator of the stator is not and the coupling piece is rotated relative to the drive wheel and as a result of the adjustment of the second actuator, the coupling piece is not and the rotor is rotated relative to the drive wheel.
Besonders vorteilhaft erzielbar ist eine solche Koppelung, wenn vorgesehen ist, dass der Stator mit dem Kupplungsstück und das Kupplungsstück mit dem Rotor jeweils mindestens eine Druckkammer begrenzt, deren Größen durch die Zu- und Abfuhr eines Fluids (Gas oder Flüssigkeit), insbesondere einer Flüssigkeit, veränderlich sind.Such a coupling can be attained particularly advantageously if it is provided that the stator with the coupling piece and the coupling piece with the rotor each delimit at least one pressure chamber whose sizes are determined by the supply and removal of a fluid (gas or liquid), in particular a liquid. are changeable.
Weiterhin bevorzugt kann dann noch vorgesehen sein, dass der Stator mit dem Kupplungsstück und das Kupplungsstück mit dem Rotor jeweils mindestens eine erste Druckkammer und mindestens eine zweite Druckkammer begrenzt, wobei die ersten Druckkammern zur Verbindung mit einer externen Fluidversorgung vorgesehen sind und die zweiten Druckkammern fluidleitend miteinander verbunden sind. Die (oder jeweils eine) erste Druckkammer und die (eine) zweite Druckkammer jedes der Steller können dabei insbesondere mittels des Kupplungsstücks voneinander separiert sein. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine besonders kompakte Koppelung der Steller erreicht werden, indem in die erste(n) Druckkammer(n) eines der Steller, beispielsweise des ersten Stellers, einströmendes Fluid zu einer Vergrößerung dieser ersten Druckkammer(n) führt, wodurch die von dieser/diesen ersten Druckkammer(n) mittels des Kupplungsstücks separierten zweiten Druckkammer(n) desselben Stellers im gleichen Maße verkleinert werden, wobei das in dieser/diesen zweiten Druckkammer(n) enthaltene Fluid in die (jeweils) fluidleitend angebundene(n) zweiten Druckkammer(n) des anderen (zweiten) Stellers überströmt, wodurch diese zweite(n) Druckkammer(n) vergrößert werden, was infolge der Separierung mittels des Kupplungsstücks zu einer Verkleinerung des/der ersten Druckkammer(n) dieses anderen (zweiten) Stellers führt, wobei in dieser/diesen ersten Druckkammer(n) enthaltenes Fluid abgeführt wird.Furthermore preferably, it can then be provided that the stator with the coupling piece and the coupling piece with the rotor each delimit at least a first pressure chamber and at least one second pressure chamber, wherein the first pressure chambers are provided for connection to an external fluid supply and the second pressure chambers fluid-conducting each other are connected. The (or respectively one) first pressure chamber and the (a) second pressure chamber of each actuator can be separated from each other in particular by means of the coupling piece. As a result, a particularly compact coupling of the actuator can be achieved in an advantageous manner by flowing into the first (n) pressure chamber (s) of the actuator, for example, the first actuator, inflowing fluid to an enlargement of this first pressure chamber (s), whereby the this second pressure chamber (s) of the same actuator are reduced to the same extent by the second pressure chamber (s) of the same actuator, the fluid contained in this second pressure chamber (s) entering the (respectively) second fluidically connected second pressure chamber (n) of the other (second) actuator overflowed, whereby these second (n) pressure chamber (s) (s) are increased, resulting in a reduction of the / the first pressure chamber (s) of this other (second) actuator due to the separation by means of the coupling piece, wherein fluid contained in said first pressure chamber (s) is removed.
Um auch mit einem relativ geringen Fluiddruck ein ausreichend hohes Verstellmoment des Phasenstellers realisieren zu können, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Stator mit dem Kupplungsstück und das Kupplungsstück mit dem Rotor jeweils drei, vier, fünf oder mehr Druckkammern begrenzt. Sofern für die Steller jeweils sowohl erste als auch zweite Druckkammern vorgesehen sind, sollten jeweils drei, vier, fünf oder mehr erste Druckkammern und drei, vier, fünf oder mehr zweite Druckkammern vorgesehen sein. Die aus einer solchen relativ hohen Anzahl an in den Stellern ausgebildeten Druckkammern resultierende Beschränkung des für die einzelnen Steller maximal erreichbaren Verstellwinkels ist infolge der hinsichtlich des für die Nockenwelle insgesamt erreichbaren Verstellwinkels additiven Kopplung der mindestens zwei Steller unproblematisch. Insofern kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der erste Steller und/oder der zweite Steller individuell einen maximalen Verstellwinkel von lediglich ca. 50° aufweist.In order to be able to realize a sufficiently high adjusting moment of the phaser even with a relatively low fluid pressure, it can preferably be provided that the stator with the coupling piece and the coupling piece with the rotor each delimit three, four, five or more pressure chambers. If both first and second pressure chambers are provided for the actuators, respectively three, four, five or more first pressure chambers and three, four, five or more second pressure chambers should be provided. The resulting from such a relatively high number of trained in the writers pressure chambers resulting limitation of the maximum achievable for the individual adjuster adjustment angle is unproblematic as a result of the total in terms of the camshaft achievable adjustment angle coupling of at least two actuators. In this respect, it may be provided, for example, that the first actuator and / or the second actuator individually has a maximum displacement angle of only about 50 °.
Eine erfindungsgemäße Kombination umfasst neben einem erfindungsgemäßen Phasensteller zumindest eine drehungsübertragend und insbesondere drehfest mit dem Anschlussstück des Phasenstellers verbundene Nockenwelle.A combination according to the invention comprises, in addition to an inventive Phase adjuster at least one rotationally transmitting and in particular rotationally fixed to the connecting piece of the phaser connected camshaft.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst einen Ventiltrieb mit mindestens einer solchen Kombination aus erfindungsgemäßem Phasensteller und dazugehöriger Nockenwelle.An internal combustion engine according to the invention comprises a valve drive with at least one such combination of phaser according to the invention and associated camshaft.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine solche erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine insbesondere zur Erzeugung einer Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein kann. Bei dem Kraftfahrzeug kann sich insbesondere um ein radbasiertes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW) handeln. Eine Verwendung bei anderen Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei schienengebundenen Kraftfahrzeugen oder Schiffen, ist ebenfalls möglich.An inventive motor vehicle comprises such an internal combustion engine according to the invention, wherein the internal combustion engine can be provided in particular for generating a traction drive power for the motor vehicle. The motor vehicle may in particular be a wheel-based motor vehicle (preferably a car or a truck). Use in other motor vehicles, such as rail vehicles or ships, is also possible.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:
-
1 : eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine; -
2 : eine erfindungsgemäße Kombination eines Phasenstellers und einer Nockenwelle; -
3 : den Phasensteller gemäß der2 ohne Gehäuse und in einer ersten Endstellung; -
4 : den Phasensteller gemäß der3 in einer mittleren Stellung; -
5 : den Phasensteller gemäß den2 und3 kurz vor dem Erreichen einer zweiten Endstellung; und -
6 : ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
-
1 an internal combustion engine according to the invention; -
2 a combination according to the invention of a phaser and a camshaft; -
3 : the phaser according to the2 without housing and in a first end position; -
4 : the phaser according to the3 in a middle position; -
5 : the phaser according to the2 and3 shortly before reaching a second end position; and -
6 : a motor vehicle according to the invention.
Die
Eine Rotation der Kurbelwelle
Mittels eines Zahnradgetriebes
Mittels einer Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) kann Injektoren
Sowohl der ersten Nockenwelle
Ein solcher erfindungsgemäßer Phasensteller ist in Kombination mit einer dazugehörigen Nockenwelle in den
Dieser umfasst neben einem Antriebsrad
Bei der beispielhaften Verwendung des in den
Das Kupplungsstück
Infolge der Drehbarkeit des Kupplungsstücks
Der zweite Steller
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass die als Bestandteile des Kupplungsstücks 54 beschriebenen Bodenteile
In sämtliche ersten Druckkammern
Für ein Verdrehen der Nockenwelle
Diese Funktionalität des erfindungsgemäßen Phasenstellers
Bei der beschriebenen Koppelung der beiden Steller
Für ein Zurückdrehen der Nockenwelle
Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein Zurückdrehen der Nockenwelle mittels eines Federelements, das beim zuvor erfolgten Verdrehen zunehmend vorgespannt worden ist, bewirkt wird.Additionally or alternatively, it may also be provided that a reverse rotation of the camshaft by means of a spring element, which has been increasingly biased in the previous twisting, is effected.
Alternativ zu der anhand der
Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, das mit dem nunmehr als Rotor genutzten Bauteil
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 1212
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1414
- Zylinderkurbelgehäusecylinder crankcase
- 1616
- Zylindercylinder
- 1818
- Kolbenpiston
- 2020
- Pleuelpleuel
- 2222
- Kurbelwellecrankshaft
- 2424
- SteuertriebTiming
- 2626
- ZylinderkopfgehäuseCylinder head housing
- 2828
- erste Nockenwellefirst camshaft
- 3030
- Einlassventilintake valve
- 3232
- Zahnradgetriebegear transmission
- 3434
- Injektorinjector
- 3636
- Phasenstellerphaser
- 3838
- Antriebsraddrive wheel
- 4040
- erster Stellerfirst starter
- 4242
- zweiter Stellersecond adjuster
- 4444
- Statorstator
- 4646
- Begrenzungswand des StatorsBoundary wall of the stator
- 4848
- Anschlussstutzen des StatorsConnecting piece of the stator
- 5050
- Längs- und Rotationsachse der NockenwelleLongitudinal and rotational axis of the camshaft
- 5252
- Trennsteg des StatorsDivider of the stator
- 5454
- Kupplungsstückcoupling
- 5656
- Bodenteil des KupplungsstücksBottom part of the coupling piece
- 5858
- Begrenzungswand des KupplungsstücksBoundary wall of the coupling piece
- 6060
- Trennsteg des KupplungsstücksDivider of the coupling piece
- 6262
- Gehäuse des PhasenstellersHousing of the phaser
- 6464
- erste Druckkammerfirst pressure chamber
- 6666
- zweite Druckkammersecond pressure chamber
- 6868
- Rotorrotor
- 7070
- Begrenzungswand des RotorsBoundary wall of the rotor
- 7272
- Trennsteg des RotorsDivider of the rotor
- 7474
- Anschlussöffnungport opening
- 7676
- Fluidversorgungfluid supply
- 7878
- Fluidreservoirfluid reservoir
- 8080
- Fördervorrichtungconveyor
- 8282
- Überströmöffnungoverflow
- 8484
- Umschaltventilswitching valve
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7841311 B2 [0005, 0006]US 7841311 B2 [0005, 0006]
- DE 10201111630 A1 [0007]DE 10201111630 A1 [0007]
Claims (10)
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ID=63045850
Family Applications (1)
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009016872A1 (en) | 2008-04-15 | 2010-02-25 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Simultaneous coupled phase position with variable overlap |
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DE102011116130A1 (en) | 2011-10-15 | 2013-04-18 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Valve train for an internal combustion engine |
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-
2017
- 2017-02-23 DE DE102017103718.7A patent/DE102017103718A1/en not_active Withdrawn
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